JP2010281696A - 発光素子測定装置及び発光素子測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の放射角度での光度を測定することができ、装置を小型化し易い発光素子測定装置及び発光素子測定方法を提供する。
【解決手段】発光素子１の周りを回動する回動部１４と、回動部１４に配設され発光素子か１ら出射される光が一端部１６ａより入射され他端部１６ｂより出射される光ファイバー１６と、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射された光を測定する測定部１８と、を備え、光ファイバー１６が測定部１８に固定されていないことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子から出射される光を測定する装置及び測定方法に関し、特に、発光素子の光放射方向と光度との関係を示す配光特性を測定する発光素子測定装置及び発光素子測定方法に関する。

従来、発光素子の光放射方向と光度との関係を示す配光特性を測定する発光素子測定装置として、例えば、下記特許文献１及び２に記載された装置が知られている。

特許文献１には、互いに異なる放射角度となるように複数の受光部を半球状のガイド部に支持させ、受光部で受光した光を光ファイバーで検出器まで導光して、発光素子の配光特性を測定する装置が開示されている。

特許文献２では、発光素子の発光面の正面方向をＺ軸とすると、このＺ軸を含む平面内で発光素子を中心にして受光器を回動移動させて、発光素子の配光特性を測定する装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１の装置では、受光部が固定されているため、発光素子を縦断面内（上記Ｚ軸を含む平面内）で回動させなければ、任意の放射角度において光度を測定できないという問題がある。

また、特許文献２の装置には、上記Ｚ軸を含む平面内において任意の放射角度での光度を測定することができるが、発光素子から出射された光の強度を測定する受光器を回動移動させなければならない。そのため、受光器を高精度に回動させる駆動機構が必要となり測定装置が大掛かりなものとなるとともに、受光器を高速移動させにくく測定時間を短縮させることが困難であるという問題がある。

特開２００５−１７２６６５号公報 特開２００８−７０２９０号公報

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、任意の放射角度での光度を測定することができ、装置を小型化し易い発光素子測定装置及び発光素子測定方法を提供することを目的とする。

本発明の発光素子測定装置は、発光素子の周りを回動する回動部と、前記回動部に配設され前記発光素子から出射される光が一端部より入射され他端部より出射される光ファイバーと、前記光ファイバーの他端部より出射された光を測定する測定部と、を備え、前記光ファイバーが前記測定部に固定されていないことを特徴とする。

前記発明において、前記光ファイバーの他端部から出射される光の光軸を前記回動部の回動軸に一致させて、前記光ファイバーが前記回動体に配設されてもよい。

また、前記発明において、前記測定部は、前記光ファイバーの他端部より出射される光が入射される第１積分球を備え、前記第１積分球の内部の光を測定してもよい。

さらにまた、前記発明において、前記回動部は、回動軸回りに回動する基部と、前記基部の一端部から前記回動軸方向に延びる延出部とを備え、前記延出部に前記光ファイバーの一端部が前記発光素子に対向配置されてもよく、また、前記光ファイバーの一端部に換えて前記延出部に前記発光素子から出射される光が入射される第２積分球が配設され、前記第２積分球の内部の光が前記光ファイバーの一端部より入射されるように構成してもよい。

また、本発明の発光素子測定方法は、発光素子から出射される光を測定する発光素子測定方法において、前記測定部に連結されていない光ファイバーが配設された回動部を前記発光素子の周りに回動させ、前記発光素子から出射された光を前記光ファイバーの一端部より入射し前記光ファイバーの他端部より出射させ、出射された光を前記測定部で測定することを特徴とする。

本発明によれば、任意の放射角度での配光特性を測定することができる装置を小型化することができる。

本発明の第１実施形態にかかる発光素子測定装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる発光素子測定装置の正面図である。 本発明の第１実施形態にかかる発光素子測定装置の一部を切欠した平面図である。

以下、本発明の１実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態にかかる発光素子測定装置（以下、測定装置という）１０は、発光素子１の発光面の正面方向（Ｚ軸）を含む平面内で発光素子１を中心にして、発光素子１から出力された光を測定する位置を回動移動させることで、発光素子１の光放射方向と光度との関係を示す配光特性を測定する装置である。

この測定装置１０は、図１〜図３に示すように、測定対象の発光素子１が載置される試料台１２と、試料台１２に載置された発光素子１の周りを回動移動する回動部１４と、回動部１４に配設された光ファイバー１６と、発光素子１から出射された光を測定する測定部１８と、装置全体を制御する制御部２０とを備える。

試料台１２には、素子電源１１からの駆動電源を発光素子１に供給する不図示の電源端子が設けられており、試料台１２に載置された発光素子１を発光させる。なお、本実施形態では、発光素子１の発光面１ａを上方（Ｚ軸方向）に向け、発光素子１より光が上方へ出射されるように発光素子１を試料台１２に載置する。

回動部１４は、回動軸Ｌの周りに回動する基部２２と、基部２２に固定された略Ｌ字状の延出部２４と、延出部２４に配設された入射側積分球２６と、回動部１４の回動角度を検出するエンコーダ２７とを備える。

基部２２は、モータ２８によりギアを介して駆動力が伝達され回動駆動される中空の回動ステージ２９に連結固定されており、所定位置から回動軸Ｌの周りを右回り方向及び左回り方向へそれぞれ所定角度（例えば、９０°）ずつ回動移動可能に設けられている。回動軸Ｌは発光素子１の光出射方向、すなわちＺ軸方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に配置され、かつ、試料台１２に載置された発光素子１の発光面１ａが回動軸Ｌの延長線上に位置するように、基部２２が配置されている。

基部２２には、回動軸Ｌ方向に貫通する保持孔２３が回動軸Ｌに一致させて穿設されている。また、基部２２の試料台１２に対向する一端部２２ａには延出部２４が固定され、基部２２の他端部２２ｂにはエンコーダ２７が固定さている。

延出部２４は、基部２２の回動軸Ｌと垂直な方向に延びた後、折れ曲がって回動軸Ｌ方向に沿って延びる略Ｌ字状をなしており、延出部２４の先端部が試料台１２に載置された発光素子１の上方位置まで延出している。延出部２４の先端部には、入射側積分球２６が配設されている。

入射側積分球２６は、入射開口部３０及び出射開口部３２が設けられた中空の球体であり、球体の内壁が硫酸バリウムなどでコーティングされ高反射率の内壁面をなしている。

入射開口部３０は、試料台１２に載置された発光素子１の発光面１ａから所定距離だけ離れた位置に発光面１ａに対向して配置され、発光素子１から出射された光が入射側積分球２６の内部へ入射される。入射側積分球２６の内部に光が入射されると、光が入射側積分球２６の内壁面で繰り返し拡散反射されることで、その内部はほぼ均一な明るさとなる。

出射開口部３２には、光ファイバー１６の一端部１６ａが配置されており、入射側積分球２６の内部に分散された光が、光ファイバー１６の一端部１６ａに入射される。

また、入射側積分球２６の内部には遮蔽体３３が配設されており、入射開口部３０から入射された光が、遮蔽体３３によって出射開口部３２に配置された光ファイバー１６の一端部１６ａに直接入射されるのを防止している。

エンコーダ２７は、例えば、アブソリュートエンコーダであって、その回転軸２７ａに固定された基部２２の回動軸Ｌ軸回りの回動角度（回動位置）を検出する。エンコーダ２７は検出した基部２２の回動角度を制御部２０へ出力する。 上記のような回動部１４は、図２に示すように、基部２２の回動移動に伴って、延出部２４の先端部に配設された入射側積分球２６の入射開口部３０が、試料台１２に載置された発光素子１の上方位置から回動軸Ｌの周りを右回り方向及び左回り方向へそれぞれ所定角度（例えば、９０°）の範囲内で回動移動する。つまり、入射側積分球２６の入射開口部３０が、Ｚ軸を含む平面（ＸＺ平面）内で発光面１ａを中心として、試料台１２に載置された発光素子１の上方位置から右回り方向及び左回り方向へそれぞれ所定角度の範囲内で回動移動する。入射側積分球２６の入射開口部３０の回動角度（回動位置）は、エンコーダ２７により検出される。

光ファイバー１６は、その一端部１６ａが入射側積分球２６の出射開口部３２に接続され、延出部２４及び基部２２の内部を挿通されることで回動部１４に配設されている。

詳細には、光ファイバー１６は、延出部２４に設けられた中空部２５を通って基部２２の試料台１２に対向する一端部２２ａまで配線され、基部２２の一端部２２ａより保持孔２３を通って基部２２の他端部２２ｂへ挿通され、更にエンコーダ２７の回転軸２７ａに穿設された中空部２７ｂに挿通されて、光ファイバー１６の他端部１６ｂがエンコーダ２７の端面から所定長さ突出するように配線されている。

光ファイバー１６は、基部２２及び回転軸２７ａに穿設された保持孔２３及び中空部２７ｂに挿通されることで、光ファイバー１６の他端部１６ｂから出射される光の光軸が回動軸Ｌに一致するように位置決めされて保持固定される。

回動部１４に配設された光ファイバー１６は、回動部１４以外のいずれの部材にも固定されていない。つまり、光ファイバー１６の他端部１６ｂは、回動部１４の回動に伴う光ファイバー１６の回動移動を阻害しない自由端となっている。

測定部１８は、光ファイバー１６の他端部１６ｂから出射された光を測定するものであって、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射され光が入射される測定側積分球３４と、測定側積分球３４の内部の光を測定する測定器１９とを備える。

測定側積分球３４は、入射側積分球２６と同様、入射開口部３８及び出射開口部４０が設けられた中空の球体であり、球体の内壁が硫酸バリウムなどでコーティングされ高反射率の内壁面をなしている。

測定側積分球３４には、図３に示すように、基部２２の他端部２２ｂより突出する光ファイバー１６の他端部１６ｂが入射開口部３８より挿入されており、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射され光が測定側積分球３４の内部へ入射される。測定側積分球３４の内部に光が入射されると、光が測定側積分球３４の内壁面で繰り返し拡散反射されることで、内部はほぼ均一な明るさとなる。

出射開口部４０には、測定側積分球３４の内部に分散された光を測定器１９へと導光する光ファイバー３６の入射端部３６ａが固定されている。

また、測定側積分球３４の内部には遮蔽体４１が配設されており、入射開口部３８から入射された光が、遮蔽体４１によって出射開口部４０に配置された光ファイバー３６の入射端部３６ａに直接入射されるのを防止している。

測定器１９は、光ファイバー３６を介して測定側積分球３４と接続されており、測定側積分球３４の出射開口部４０から出射される光が入力され、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射され光の光度を測定する。

この測定器１９は、本実施形態では、例えば、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射された光を波長成分に分解する分光器と、分光器において分解された各波長成分の光を検出する複数チャンネルのＣＣＤセンサやＰＤアレイなどのセンサからなる光検出器と、光検出器の各チャンネルから出力される検出信号に対して必要な信号処理を行って、波長スペクトルを生成するデータ生成部とを備え、入射された光の波長スペクトルを得るマルチチャンネル分光器から構成される。また測定器１９は、データ生成部において生成された波長スペクトルのデータを制御部２０へ出力する。

なお、本実施形態では、測定器１９として上記のようなマルチチャンネル分光器を用いる場合について説明したが、本発明はこれ以外にも、例えば、グレーティング（回折格子）を回転させながら光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射された光を波長成分に分解し、分解された各波長成分の光を１又は複数のセンサで順次測定することで、入射された光の波長スペクトルを得る分光器や、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射された光を干渉計に入射し、分岐された光路間の光路差により生じるインターフェログラムを得て、このインターフェログラムをフーリエ変換することで、入射された光の波長スペクトルを得るフーリエ変換型分光器など、各種光学測定機器を測定器１９として用いることができる。

制御部２０には、素子電源１１、エンコーダ２７、モータ２８、及び測定部１８が接続されている。制御部２０は、素子電源１１を駆動して測定対象の発光素子１を発光させた状態で、モータ２８を回動駆動して回動ステージ２９に固定された回動部１４を所定の角度ピッチで間欠的に回動させる。

このように制御部２０が、発光素子１の発光面１ａを中心として所定の角度ピッチで間欠的に入射側積分球２６の入射開口部３０を回動移動させることで、予め定められた複数の放射角度（測定位置）に入射側積分球２６の入射開口部３０が所定時間ずつ位置する。

制御部２０は、上記のように入射側積分球２６の入射開口部３０を間欠的に回動移動させながら、予め定められた各放射角度において測定部１８で測定された波長スペクトルを取得し、取得した波長スペクトルに必要なデータ解析を行う。本実施形態では、例えば、測定部１８から入力された波長スペクトルのデータと公知の視感度データとに基づいて、視感度補正された輝度、色度などを算出する。

また、制御部２０は、エンコーダ２７より基部２２の回動角度を取得し、取得した回動角度より入射側積分球２６の入射開口部３０の位置を検出する。 上記のような本実施形態の測定装置１０では、試料台１２上の発光素子１より出射された光は、入射開口部３０から入射側積分球２６の内部に入射され内壁面で拡散反射された後、光ファイバー１６によって測定部１８へ導光される。

これにより、本実施形態では、発光素子１の周りを回動する回動部１４に測定部１８を配設することなく、任意の放射角度において光度を測定することができるため、測定部１８を発光素子１の周りに回動させる場合に比べて、回動部１４を回動させるための駆動機構を簡素化できるとともに、回動部１４の高速移動が可能となり測定時間を短縮させやすくなる。

しかも、本実施形態の測定装置１０では、光ファイバー１６の他端部１６ｂから出射された光を入射開口部３８より測定側積分球３４内に取り込むことで、光ファイバー１６と測定部１８とを光学的に連結しているが、光ファイバー１６の他端部１６ｂは測定部１８に固定されていない。そのため、回動部１４の回動移動に伴って光ファイバー１６が回動移動しても、光ファイバー１６は、その移動を阻害されることなく、入射側積分球２６の入射開口部３０より取り込んだ光を測定部１８へ導光することができる。したがって、回動部１４が回動移動しても、光ファイバー１６に捩れ応力が作用せず、光ファイバー１６と測定部１８との結合効率が変動することがなく、測定部１８において安定して光度を測定することができる。 また、光ファイバー１６の他端部１６ｂから出力される光の光軸が回動部１４の回動軸Ｌに一致しているため、回動部１４の回動によって光ファイバー１６の他端部１６ｂから出力される光の光軸がぶれることがなく、より一層安定して光度を測定することができる。

また、本実施形態において、測定部１８は、光ファイバ−１６の他端部１６ｂより出射した光を、入射開口部３８から測定側積分球３４の内部に取り込み、測定側積分球３４の内部の光を測定器１９へ導光する。測定側積分球３４の内部は、入射開口部３８から入射した光によってほぼ均一な明るさとなる。そのため、光ファイバー１６の他端部１６ｂより出射される光が、回動部１４の回動移動に伴ってぶれることがあっても、入射開口部３８より測定側積分球３４の内部へ入射されていれば、測定中に結合効率が変動することが無く、測定器１９において安定して光度を測定することができる。

しかも、測定側積分球３４の内部は、ほぼ均一な明るさとなっているので、測定側積分球３４の任意の箇所に出射開口部４０を設けることができ、測定側積分球３４の内部の光を測定器１９へ導光する光ファイバー３６を配線し易くなる。

また、本実施形態では、エンコーダ２７により回動部１４の回動軸Ｌ回りの回動角度（回動位置）を検出するため、モータ２８の回動方向を切り換えた際に、モータ２８からの駆動力を回動部１４へ伝達するギアの遊びに起因するモータ２８の駆動軸と回動部１４との位置ずれ、いわゆる、バックラッシュが発生しても、回動部１４の回動角度を正確に検出することができる。

また、本実施形態では、回動部１４に配設された光ファイバー１６は、入射側積分球２６の内部へ入射した発光素子１からの光が、出射開口部３２に設けられた一端部１６より光ファイバー１６内へ取り込まれる。入射側積分球２６の内部は、ほぼ均一な明るさとなっているので、入射側積分球２６の任意の箇所に出射開口部３２を設けることができ、回動部１４に光ファイバ−１６を配線し易くなる。

なお、上記した本実施形態では、光ファイバー１６の一端部１６ａを入射側積分球２６の出射開口部３２に配設し、入射側積分球２６の内部へ入射した発光素子１からの光が光ファイバー１６の一端部１６ａより入射されるように構成したが、本発明はこれに限定されず、例えば、延出部２４の先端部に光ファイバー１６の一端部１６ａを発光素子１の発光面１ａに対向して配置し、発光素子１からの光を光ファイバー１６の一端部１６ａより取り込むように構成しても良い。

また、上記した本実施形態では、測定部１８は、光ファイバー１６の他端部１６ｂから出射された光を測定側積分球３４の内部に取り込み、測定側積分球３４の内部の光を測定器１９が測定するように構成したが、例えば、光ファイバー１６の他端部１６ｂを測定器１９の光の取込部に対向させ、他端部１６ｂからの光を測定器１９に入射させるなど、測定側積分球３４を用いることなく光ファイバー１６の他端部１６ｂからの光を測定器１９で測定するように構成してもよい。

さらにまた、本実施形態では、試料台１２が固定されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、試料台１２をＺ軸回りに回転可能に設け、試料台１２に載置された試料をＺ軸回りに回転可能に設けてもよい。このように試料台１２を設けることで、３次元の配光特性を測定することができる。

１…発光素子
１ａ…発光面
１０…測定装置
１２…試料台
１４…回動部
１６…光ファイバー
１６ａ…光ファイバーの一端部
１６ｂ…光ファイバーの他端部
１８…測定部
１９…測定器
２０…制御部
２２…基部
２２ａ…基部の一端部
２２ｂ…基部の他端部
２３…保持孔
２４…延出部
２５…中空部
２６…入射側積分球（第２積分球）
３４…測定側積分球（第１積分球）
Ｌ…回動軸

Claims (6)

1. 発光素子の周りを回動する回動部と、前記回動部に配設され前記発光素子から出射される光が一端部より入射され他端部より出射される光ファイバーと、前記光ファイバーの他端部より出射された光を測定する測定部と、を備え、前記光ファイバーが前記測定部に固定されていないことを特徴とする発光素子測定装置。
2. 前記光ファイバーの他端部から出射される光の光軸を前記回動部の回動軸に一致させて、前記光ファイバーが前記回動体に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子測定装置。
3. 前記測定部は、前記光ファイバーの他端部より出射される光が入射される第１積分球を備え、前記第１積分球の内部の光を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子測定装置。
4. 前記回動部は、回動軸回りに回動する基部と、前記基部の一端部から前記回動軸方向に延びる延出部とを備え、前記延出部に前記光ファイバーの一端部が前記発光素子に対向配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子測定装置。
5. 前記回動部は、回動軸回りに回動する基部と、前記基部の一端部から前記回動軸方向に延びる延出部と、前記延出部に配設された前記発光素子から出射される光が入射される第２積分球とを備え、前記第２積分球の内部の光が前記光ファイバーの一端部より入射されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子測定装置。
6. 発光素子から出射される光を測定する発光素子測定方法において、
   前記測定部に固定されていない光ファイバーが配設された回動部を前記発光素子の周りを回動させ、前記発光素子から出射された光を前記光ファイバーの一端部より入射し前記光ファイバーの他端部より出射させ、出射された光を前記測定部で測定することを特徴とする発光素子測定方法。

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